各种示例实施例涉及光通信领域。
背景技术：
1、硅光子器件用于制造光子集成电路(pic)。硅光子器件通常与互补金属氧化物半导体(cmos)制造兼容，互补金属氧化物半导体(cmos)制造允许使用已建立的铸造基础设施来制造pic。用于pic的材料平台可以是绝缘体上硅(soi)晶片，并且可以在soi晶片上沉积、图案化多层等。在集成光子学中，光波导用于互连pic上的光子器件或相关功能。例如，光波导可以具有在soi晶片的硅器件层中或在沉积在soi晶片上的另一层(例如，氮化硅层)中图案化的光学芯(optical core)。随着对带宽的需求持续增长，常规的硅调制器变得更加难以满足要求。因此，由非常规材料(例如铌酸锂，磷化铟(inp)等)制成的光子器件可以通过晶片级或pic级混合集成工艺集成在pic上。这些非常规材料被集成在硅光子平台上，以利用硅的成熟处理(以及丰富和良好开发的硅基光子器件库)和某些非常规材料的特性。由于铸造限制，这些非常规材料通常集成在硅光子工艺的后端(或最后步骤)。因此，光子器件位于材料叠层的“上部”层。
2、为了将集成光子器件的“下部”光波导光耦合到“上部”光波导，可以使用光模耦合器。在下部光波导与上部光波导之间可能存在相对较大的距离，从而防止有效的直接瞬逝(evanescent)光耦合。因此，使用光模耦合器将光从下部光波导穿过pic的许多中间层传输到上部光波导。
技术实现思路
1、各种实施例提供了一种增强型光模耦合器。通常，光模耦合器在由竖直间隙分隔的第一平面光波导与第二平面光波导之间提供光耦合。光模耦合器包括位于光波导之间的多个中间光轨(optical rails)。中间光轨在竖直重叠区域处至少部分地与第一平面光波导重叠，并且在相同或另一竖直重叠区域处至少部分地与第二平面光波导重叠，以通过中间光轨协作地支持“超(super)”光模(optical mode)，作为跨竖直间隙传输光功率的有效介质。在(一个或多个)竖直重叠区域，光功率有效地从第一平面光波导的光模转换到由中间光轨支持的光超模，并从由中间光轨支持的光超模转换到第二平面光波导的光模(或反之亦然)。与现有设计相比，本文公开的光模耦合器的一个技术优点是光波导之间的光耦合损耗较低。另一个技术益处是该设计与现有设计相比具有减小的占地面积。
2、在一个实施例中，光学器件包括具有光模耦合器的光子集成电路。光模耦合器将在光子集成电路的一个水平平面上具有第一光学芯的第一平面光波导光耦合到在光子集成电路的不同的第二水平平面上具有第二光学芯的第二平面光波导。光模耦合器包括竖直堆叠在光子集成电路中的平面光波导的光学芯的水平平面之间的两个或更多个中间光学层。每个中间光学层包括一个或多个光轨，并且光模耦合器包括围绕光轨的较低折射率的光学包层。所述光模耦合器被配置为致使从所述第一平面光波导接收的光激发光模并引导所述光模的光，使得所述光模在所述光子集成电路的竖直截面中大体上与所述第一平面光波导及所述中间光学层中的至少两者的光轨重叠。
3、在一个实施例中，光模耦合器被配置为引导光模的光，使得光模在光子集成电路的相同或另一竖直截面中基本上与第二平面光波导和至少两个中间光学层的光轨重叠。
4、在一个实施例中，至少一个中间光学层具有两个或更多个光轨。
5、在一个实施例中，至少一个中间光学层的至少一个光轨位于光学芯的每一侧上。
6、在一个实施例中，两个或更多个光轨的中心段比两个或更多个光轨的端部更加分隔。
7、在一个实施例中，平面光波导被配置为在光通信c波段、o波段、s波段和l波段中的至少一个波段中具有基本光模(fundamental optical mode)。
8、在一个实施例中，第二平面光波导的第二光学芯的折射率小于第一平面光波导的第一光学芯的折射率。
9、在一个实施例中，光模耦合器的一部分竖直地位于第一平面光波导的光学芯与第二平面光波导的光学芯的锥形部分之间。
10、在一个实施例中，光轨大致平行于平面光波导的光学芯的端部延伸，并且至少一个中间光学层具有位于第一光学芯的相对侧上的光轨。
11、在一个实施例中，最靠近第二平面光波导的中间光学层之一具有竖直位于第二平面光波导的第二光学芯下方的单个光轨。
12、在一个实施例中，光模耦合器竖直地位于平面光波导的第一光学芯的与第二光学芯的锥形部分之间。
13、在一个实施例中，至少一些光轨在其两端是锥形的。
14、在一个实施例中，第二光学芯包括铌酸锂，并且第一光学芯是氮化硅光学芯。
15、在一个实施例中，第二光学芯包括iii－v族半导体材料或ii－vi族半导体材料，并且第一光学芯是氮化硅光学芯。
16、在一个实施例中，第二光学芯包括钛酸钡。
17、在一个实施例中，第二光学芯是硅光学芯，并且第一光学芯是氮化硅光学芯。
18、在一个实施例中，第一光学芯是硅光学芯。
19、在一个实施例中，光轨是氮化硅光轨。
20、在一个实施例中，光学器件还包括马赫－曾德尔(mach-zehnder)光学调制器。光模耦合器是马赫－曾德尔光调制器的光输入或光输出的一部分。
21、在一个实施例中，光学器件还包括相干光发射器，该相干光发射器包括光模耦合器。
22、可以根据需要组合一个或多个上述实施例。
23、以上概述提供了对本说明书的一些方面的基本理解。本总结不是本规范的详尽概述。它既不旨在标识说明书的关键或重要元素，也不旨在描绘说明书的特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化形式呈现本说明书的一些概念，作为稍后呈现的更详细说明的序言。
1.一种光学器件，包括：
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述光模耦合器被配置为引导所述光模的光，使得所述光模在所述光子集成电路的相同或另一竖直截面中与所述第二平面光波导和所述中间光学层中的至少两个中间光学层的所述光轨基本重叠。
3.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述中间光学层中的至少一个中间光学层具有两个或更多个所述光轨。
4.根据权利要求3所述的光学器件，其中所述至少一个中间光学层的至少一个光轨位于所述光学芯的每一侧上。
5.根据权利要求3所述的光学器件，其中，所述两个或更多个光轨的中心段比所述两个或更多个光轨更加分隔。
6.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述平面光波导被配置为在光通信c波段、o波段、s波段和l波段中的至少一个波段中具有基本光模。
7.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第二平面光波导的所述第二光学芯的折射率小于所述第一平面光波导的所述第一光学芯的折射率。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光模耦合器的一部分竖直地位于所述第一平面光波导的所述光学芯与第二平面光波导的所述光学芯的锥形部分之间。
9.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述光轨大致平行于所述平面光波导的所述光学芯的末端延伸，并且所述中间光学层中的至少一个中间光学层具有位于所述第一光学芯的相对侧上的所述光轨。
10.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述中间光学层中最靠近所述第二平面光波导的一个中间光学层具有竖直位于所述第二平面光波导的第二光学芯下方的单个光轨。
11.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述光模耦合器竖直地位于所述平面光波导的所述第一光学芯和所述第二光学芯的锥形部分之间。
12.根据权利要求1所述的光学器件，其中至少一些所述光轨在所述光轨的两端是锥形的。
13.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第二光学芯包括铌酸锂，并且所述第一光学芯是氮化硅光学芯。
14.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第二光学芯包括iii－v族半导体材料、或ii－vi族半导体材料，并且所述第一光学芯是氮化硅光学芯。
15.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第二光学芯包括钛酸钡。
16.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第二光学芯是硅光学芯，并且所述第一光学芯是氮化硅光学芯。
17.根据权利要求1所述的光学器件，其中所述第一光学芯是硅光学芯。
18.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述光轨是氮化硅光轨。
19.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括：
20.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括：
